Giải sách bài tập Hóa học lớp 10 Bài 5: Lớp, phân lớp và cấu hình electron

Bài 5.1 trang 12 SBT Hóa học 10: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Electron trong cùng một lớp có năng lượng bằng nhau.

B. Electron trong cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.

C. Electron ở các phân lớp 1s; 2s; 3s có năng lượng bằng nhau.

D. Electron ở lớp bên ngoài có năng lượng thấp hơn electron ở lớp bên trong.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Electron trong cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.

A sai vì: Electron trong cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau.

C sai vì: Electron ở các phân lớp 1s; 2s; 3s có năng lượng khác nhau.

D sai vì: Electron ở lớp bên ngoài có năng lượng cao hơn electron ở lớp bên trong.

Bài 5.2 trang 13 SBT Hóa học 10: Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Electron càng ở xa hạt nhân thì có năng lượng càng thấp.

B. Số lượng electron tối đa trong một phân lớp luôn là một số chẵn.

C. Phân lớp p có nhiều orbital hơn phân lớp s.

D. Số electron tối đa trên phân lớp p gấp ba lần số electron tối đa trên phân lớp s.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Phát biểu A không đúng vì: Electron càng ở xa hạt nhân thì có năng lượng càng cao.

Bài 5.3 trang 13 SBT Hóa học 10: Mỗi phát biểu sau đây là đúng hay sai?

(1) Số lượng orbital trong các phân lớp 1s, 2s, 3s là bằng nhau.

(2) Số lượng orbital trong các phân lớp 3s, 3p, 3d là bằng nhau.

(3) Các electron trên các phân lớp 1s, 2s, 3s có năng lượng bằng nhau.

(4) Các electron trên các phân lớp 3s, 3p, 3d có năng lượng bằng nhau.

(5) Số lượng electron tối đa trong một lớp là 2n².

(6) Số lượng các orbital trong một phân lớp (s, p, d, f) luôn là một số lẻ.

Lời giải:

Các phát biểu (1); (5); (6) đúng.

Phát biểu (2) sai vì: Số lượng orbital trong các phân lớp 3s, 3p, 3d là khác nhau.

Phát biểu (3) sai vì: Các electron trên các phân lớp 1s, 2s, 3s có năng lượng khác nhau.

Phát biểu (4) sai vì: Các electron trên các phân lớp 3s, 3p, 3d có năng lượng gần bằng nhau.

Bài 5.4 trang 13 SBT Hóa học 10: Điền từ/ cụm từ hoặc số thích hợp vào chỗ trống trong mỗi phát biểu sau:

a) Các electron trong lớp vỏ nguyên tử được phân bố vào các ...(1)... và ...(2)... dựa theo năng lượng của chúng. Các electron thuộc cùng một lớp có năng lượng ...(3)..., các electron thuộc cùng một phân lớp có năng lượng ...(4).... Các electron ở ...(5)... có vai trò quyết định đến tính chất hoá học đặc trưng của nguyên tố.

b) Magnesium được sử dụng nhiều trong công nghiệp để chế tạo các bộ phận của máy bay, ô tô. Nguyên tử magnesium có 12 electron, được phân bố vào ...(1)... lớp. Lớp ngoài cùng của magnesium có ...(2)... electron.

Lời giải:

a) Các electron trong lớp vỏ nguyên tử được phân bố vào các (1) lớp và (2) phân lớp dựa theo năng lượng của chúng. Các electron thuộc cùng một lớp có năng lượng (3) gần bằng nhau, các electron thuộc cùng một phân lớp có năng lượng (4) bằng nhau. Các electron ở (5) lớp ngoài cùng có vai trò quyết định đến tính chất hoá học đặc trưng của nguyên tố.

b) Magnesium được sử dụng nhiều trong công nghiệp để chế tạo các bộ phận của máy bay, ô tô. Nguyên tử magnesium có 12 electron, được phân bố vào (1) ba lớp. Lớp ngoài cùng của magnesium có (2) hai electron.

Bài 5.5 trang 13 SBT Hóa học 10: Số phân lớp bão hòa trong các phân lớp: 1s²; 2s²; 2p³; 3d¹⁰; 3p⁴ là

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 5.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Phân lớp bão hòa là phân lớp đã chứa tối đa electron.

Các phân lớp bão hòa là: 1s²; 2s²; 3d¹⁰.

Bài 5.6 trang 13 SBT Hóa học 10: Ghép mỗi biểu diễn ô orbital của phân lớp p ở cột A với mô tả thích hợp ở cột B.

Lời giải:

- Phân lớp bão hòa đã có tối đa electron.

- Phân lớp bán bão hòa chứa một nửa số electron tối đa.

- AO trống là AO không chứa electron nào.

Vậy a ghép với 3; b ghép với 2; c ghép với 1.

Bài 5.7 trang 14 SBT Hóa học 10: Nguyên tử O có 8 electron. Biểu diễn sự sắp xếp electron trong nguyên tử O theo orbital nào sau đây là đúng?

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Cách biểu diễn cấu hình electron theo orbital:

- Viết cấu hình electron của nguyên tử.

- Biểu diễn mỗi AO bằng một ô vuông, các AO trong cùng một phân lớp thì viết liền nhau, các AO khác phân lớp thì viết tách nhau. Thứ tự các ô orbital từ trái sang phải theo thứ tự như ở cấu hình electron.

- Điền electron vào từng ô AO theo thứ tự lớp và phân lớp, mỗi electron biểu diễn bằng 1 mũi tên.

+ Trong mỗi phân lớp, electron được phân bố sao cho số electron độc thân là lớn nhất.

+ Electron được điền vào các ô orbital theo thứ tự từ trái sang phải.

+ Trong một ô AO, electron đầu tiên được biểu diễn bằng mũi tên quay lên, electron thứ hai được biểu diễn bằng mũi tên quay xuống.

Sự sắp xếp electron trong nguyên tử O theo orbital là:

Bài 5.8 trang 14 SBT Hóa học 10: Các nguyên tử Ne, Na và F có Z lần lượt là 10, 11 và 9. Cấu hình electron của Ne, Na⁺ và F^- tương ứng là:

A. 1s²2s²2p⁶; 1s²2s²2p⁶3s¹ và 1s²2s²2p⁵.

B. đều có cấu hình 1s²2s²2p⁶.

C. 1s²2s²2p⁶; 1s²2s²2p⁵ và 1s²2s²2p⁴.

D. 1s²2s²2p⁶; 1s²2s²2p⁵; 1s²2s²2p³.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

- Ne (Z = 10) có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶.

- Na (Z = 11) có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s¹

Na nhường 1 electron để tạo thành ion Na⁺.

Cấu hình electron của Na⁺ là: 1s²2s²2p⁶.

- F (Z = 9) có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁵

F nhận 1 electron để tạo thành ion F^-.

Cấu hình electron của F^- là: 1s²2s²2p⁶.

Bài 5.9 trang 14 SBT Hóa học 10: Biết rằng điện tích hạt nhân của C, N, O và F lần lượt là 6, 7, 8, 9. Ghép mỗi cấu hình electron ở cột A với nguyên tử/ ion thích hợp ở cột B.

Lời giải:

a ghép với 2; b ghép với 1; c ghép với 4; d ghép với 3.

Giải thích:

1. O (Z = 8) có cấu hình electron 1s²2s²2p⁴.

2. C (Z = 6) có cấu hình electron 1s²2s²2p²

C nhường 2 electron được ion C²⁺ có cấu hình electron: 1s²2s².

3. N (Z = 7) có cấu hình electron 1s²2s²2p³

N nhận 3 electron được ion N^3- có cấu hình electron 1s²2s²2p⁶.

4. F (Z = 9) có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁵.

Bài 5.10 trang 14 SBT Hóa học 10: Trong các nguyên tử N (Z = 7), O (Z = 8), F (Z = 9) và Ne (Z = 10), nguyên tử có nhiều electron độc thân nhất là

A. N.

B. O.

C. F.

D. Ne.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Cấu hình electron N theo orbital:

Cấu hình electron O theo orbital:

Cấu hình electron F theo orbital:

Cấu hình electron Ne theo orbital:

Vậy nguyên tử N có nhiều electron độc thân nhất (3 electron độc thân).

Bài 5.11 trang 14 SBT Hóa học 10: Nối mỗi cấu hình electron của nguyên tử ở cột A với các loại nguyên tố hóa học thích hợp ở cột B.

Lời giải:

a ghép với 3; b và d ghép với 2; c ghép với 1.

Giải thích:

a) 1s²2s²2p⁶: Nguyên tử có 8 electron ở lớp ngoài cùng nên là nguyên tử của nguyên tố khí hiếm.

b) 1s²2s²2p⁵: Nguyên tử có 7 electron ở lớp ngoài cùng nên là nguyên tử của nguyên tố phi kim.

c) 1s²2s²2p⁶3s¹: Nguyên tử có 1 electron ở lớp ngoài cùng nên là nguyên tử của nguyên tố kim loại.

d) 1s²2s²2p⁶3s²3p³: Nguyên tử có 5 electron ở lớp ngoài cùng nên là nguyên tử của nguyên tố phi kim.

Bài 5.12 trang 15 SBT Hóa học 10: Cấu hình electron của một nguyên tử được biểu diễn dưới dạng các ô orbital như sau:

Số electron hóa trị và tính chất đặc trưng của nguyên tố hóa học này là

A. 3, tính kim loại.

B. 5, tính phi kim.

C. 7, tính phi kim.

D. 4, tính kim loại.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Dựa vào cấu hình electron theo orbital ta có cấu hình electron nguyên tử như sau:

1s²2s²2p³.

Vậy nguyên tử có 5 electron hóa trị, là phi kim (do có 5 electron ở lớp ngoài cùng).

Bài 5.13 trang 15 SBT Hóa học 10: Cho các cấu hình electron của một số nguyên tử nguyên tố như sau:

(1) 1s²2s²2p⁶

(2) 1s²2s²2p⁶3s²

(3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

(4) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²

(5) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

(6) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Số lượng các nguyên tố kim loại trong số các nguyên tố ở trên là

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng thường là nguyên tử của nguyên tố kim loại.

Các nguyên tố kim loại là:

(2) 1s²2s²2p⁶3s²

(3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

(4) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²

Bài 5.14 trang 15 SBT Hóa học 10: Từ các nguyên tử có thể tạo ra các ion bằng cách thêm hoặc bớt electron từ nguyên tử đó.

a) Oxygen là nguyên tố chiếm tỉ lệ phần trăm khối lượng cao nhất trong cơ thể con người (khoảng 65%). Hãy viết cấu hình electron của O và O^2- (Z = 8). Cho biết để hình thành ion O^2-, nguyên tử O sẽ nhận thêm electron vào orbital nào. Xác định số electron độc thân trong nguyên tử và ion này.

b) Nhôm (aluminium) được sử dụng phổ biến trong đời sống (chế tạo dụng cụ nhà bếp, cửa, …) cũng như công nghiệp (chế tạo một số bộ phận của máy bay). Hãy biểu diễn cấu hình electron của Al và ion Al³⁺ (Z = 13) dưới dạng ô orbital. Cho biết để tạo thành ion Al³⁺, nguyên tử Al sẽ mất đi electron từ orbital nào. Xác định số electron độc thân trong các nguyên tử và ion này.

Lời giải:

a) Nguyên tử O (Z = 8) có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁴

Biểu diễn dưới dạng ô AO:

Vậy nguyên tử O có 2 electron độc thân.

O nhận 2 electron vào AO 2p hình thành nên ion O^2- có cấu hình electron:

1s²2s²2p⁶.

Biểu diễn dưới dạng ô AO:

Ion O^2- không có electron độc thân nào.

b) Nguyên tử Al (Z = 13) có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹.

Biểu diễn dưới dạng ô orbital:

Vậy Al có 1 electron độc thân.

Nguyên tử Al nhường đi 3 electron từ các orbital 3p, 3s để tạo thành ion Al³⁺ có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶.

Biểu diễn dưới dạng ô orbital:

Vậy ion Al³⁺ không có electron độc thân nào.

Bài 5.15 trang 16 SBT Hóa học 10: Hãy cho biết những nguyên tử và ion (cation mang điện tích 1+, 2+ hoặc anion mang điện tích 1-, 2-) nào có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶.

Lời giải:

Số lượng electron trong cấu hình 1s²2s²2p⁶ là 10 electron.

- Nếu đây là cấu hình electron của nguyên tử thì nguyên tử phải có 10 electron, do đó Z = 10, đó là nguyên tử Ne.

- Nếu đây là cấu hình electron của cation Mⁿ⁺ (n = 1, 2) thì cation này được tạo ra từ nguyên tử M bằng cách tách đi n electron:

M → Mⁿ⁺ (10 electron) + ne

Vậy số electron trong nguyên tử M là: 10 + n.

+ Nếu n = 1, M có 11 electron nên Z = 11 ⇒ ion Na⁺ có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶.

+ Nếu n = 2, M có 12 electron nên Z = 12 ⇒ ion Mg²⁺ có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶.

- Nếu đây là ion X^n- (n = 1, 2) thì anion này được tạo ra từ X bằng cách nhận vào n electron.

Vậy số electron trong nguyên tử X là: 10 – n.

+ Nếu n = 1, X có 9 electron nên Z = 9 ⇒ ion F^- có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶.

+ Nếu n = 2, X có 8 electron nên Z = 8 ⇒ ion O^2- có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶.

Bài 5.16 trang 16 SBT Hóa học 10: Tại một khu vực của Úc, gia súc không phát triển mạnh mặc dù có thức ăn thô xanh thích hợp. Một cuộc điều tra cho thấy nguyên nhân là do không có đủ cobalt trong đất. Cobalt tạo thành cation ở hai dạng là Co²⁺ và Co³⁺ (Z = 27). Viết cấu hình electron của hai cation này và sơ đồ phân bố các electron vào các ô orbital. Cho biết số electron độc thân trong mỗi ion.

Lời giải:

Co có Z = 27 nên có cấu hình electron là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s².

Khi Co mất đi 2 electron và 3 electron sẽ lần lượt tạo ra: Co²⁺ và Co³⁺. Các electron sẽ tách đi từ các lớp ngoài rồi tới lớp trong. Cấu hình electron của hai ion này là:

Co²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷

Co³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

Sơ đồ phân bố electron vào các ô orbital:

Số electron độc thân trong Co²⁺ và Co³⁺ lần lượt là 3 và 4.

Bài 5.17 trang 16 SBT Hóa học 10: Bromine (Z = 35) dễ phản ứng, trong khi krypton (Z = 36) tương đối trơ về mặt hóa học. Giải thích sự khác biệt này dựa trên cấu hình electron của chúng.

Lời giải:

- Cấu hình electron của bromine (Z = 35): [Ar]3d¹⁰4s²4p⁵.

Nguyên tử bromine có 7 electron ở lớp ngoài cùng là phi kim điển hình.

- Cấu hình electron của krypton (Z = 36): [Ar]3d¹⁰4s²4p⁶.

Nguyên tử krypton có 8 electron ở lớp ngoài cùng nên là khí hiếm.

Bài 5.18* trang 16 SBT Hóa học 10: Cũng giống như nam châm, mỗi nguyên tử/ ion cũng có thể có từ tính (bị nam châm hút). Nếu nguyên tử/ ion có electron độc thân thì nó có từ tính và được gọi là chất thuận từ. Ngược lại, nguyên tử/ ion nếu không có electron độc thân thì được gọi là chất nghịch từ. Hãy giải thích vì sao nguyên tử Cu (Z = 29) thuận từ nhưng ion Cu⁺ lại nghịch từ.

Lời giải:

- Cấu hình electron của Cu (Z = 29): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹.

Viết gọn: [Ar]3d¹⁰4s¹.

Biểu diễn dưới dạng ô orbital nguyên tử:

Như vậy Cu có 1 electron độc thân nên thuận từ.

- Cu nhường đi 1 electron tạo thành ion Cu⁺ có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰.

Viết gọn: [Ar]3d¹⁰.

Biểu diễn dưới dạng ô orbital nguyên tử:

Như vậy Cu⁺ không có electron độc thân nên nghịch từ.